1 первый закон ньютона: Что такое первый закон Ньютона? (статья)

1) Первый закон Ньютона – физический закон, в соответствии с которым:

1. 1)Относительности— теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. Теория относительности состоит из двух частей. Первая часть называется специальной (или частной) теорией (сокращенно – СТО). Она исследует быстрые равномерные прямолинейные движения вне гравитационных полей. Вторая часть – общая теория относительности (сокращенно – ОТО) охватывает неравномерные движения и гравитационные поля.

2)Механическое движение – это изменение положения тел в пространстве относительно друг друга с течением времени.Механическое движение может быть прямолинейным или криволинейным, равномерным или неравномерным.

3)Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета.

Тело отсчета – это тело, относительно которого определяется положение других (движущихся) тел.

Система отсчёта — это совокупность точки отсчёта, системы координат и системы отсчёта времени, связанных с этой точкой, по отношению к которой изучается движение (или равновесие) каких-либо других материальных точек или тел.

4) Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или покоятся[1]. Эквивалентной является следующая формулировка, удобная для использования в теоретической механике.

Системы отсчета, в которых выполняется 1-й закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета.

Все системы отсчета, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной инерциальной системы отсчета, тоже являются инерциальными.

Системы отсчета, движущиеся относительно любой инерциальной системы отсчета с ускорением, являются неинерциальными.

5) При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Принцип относительности Галилея

Принцип инерции Галилея выделяет определенный класс систем отсчета, которые называют инерциальными. Инерциальными являются системы отсчета, в которых выполняется принцип инерции (первый закон Ньютона). Общепринятая формулировка первого закона Ньютона такова: “Существуют системы отсчета, относительно которых всякое тело сохраняет состояние своего движения (состояние покоя или равномерного прямолинейного движения), пока действие всех тел и полей на него компенсировано”. Если мы имеем хотя бы одну такую инерциальную систему отсчета, то всякая другая система отсчета, которая движется относительно первой равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.

Все другие системы отсчета называются неинерциальными. Оговоримся прежде всего, что под системой отсчета понимается тело отсчета, относительно которого рассматривается движение, связанная с телом отсчета система координат (например, декартова система координат, состоящая из трех взаимоперпендикулярных пространственных координатных осей), и заданный способ определения времени.

Тот факт, что ускорения тел относительно обеих инерциальных систем отсчета одинаковы, позволяет сделать вывод о том, что законы механики, определяющие причинно-следственные связи движения тел, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. И это составляет суть принципа относительности Галилея: “Во всех инерциальных системах отсчета все физические явления происходят одинаково”.

Мы намеренно в формулировке употребили более широкое определение, говоря обо всех физических явлениях, хотя первоначально принцип относительности Галилея относился лишь к механическим явлениям. Однако не следует забывать, что существующая вплоть до XX века механистическая картина мира ставила своей задачей сведение всех физических явлений к механическим. А развитие физики нашего столетия распространило принцип относительности Галилея на все физические явления.

Попробуем критически взглянуть на проделанные нами процедуры при получении преобразований Галилея. Беря производные по времени от кинематических параметров, мы рассматривали изменения этих величин за бесконечно маленькие промежутки времени. При этом нам представлялось само собой разумеющимся, что эти бесконечно маленькие промежутки времени, равно как и любые промежутки времени, одинаковы в обеих системах отсчета. Желая описать движение какого-либо тела, то есть получить уравнений зависимости координат тела от времени, мы некритически оперируем понятием времени. И так было вплоть до создания теории относительности Эйнштейна. Все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. А отсюда — два следствия, неявно присутствующие в наших рассуждениях: во-первых, что “правильно идущие часы” идут синхронно в любой системе отсчета; во-вторых, что временные интервалы, длительность событий одинакова во всех системах отсчета.

Иными словами, мы пользуемся ньютоновским истинным математическим временем, протекающим независимо от чего-либо, независимо от движения.

Рассмотрим теперь неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, которая движется относительно инерциальной системы отсчета с ускорением, является неинерциальной. Как следует из принципа относительности Галилея, никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно установить, покоится ли она или движется равномерно или прямолинейно, то есть движение инерциальной системы отсчета не влияет на ход протекающих в ней физических процессов. В неинерциальных системах отсчета это не так: всякое ускорение системы сказывается на происходящих в ней явлениях. Таким образом, на неинерциальные системы отсчета принцип относительности Галилея не распространяется, и законы Ньютона в них не выполняются. Можно попытаться использовать законы Ньютона для описания движения тел и в неинерциальных системах отсчета. Для этого вводят дополнительные силы — силы инерции, равные произведению массы тела на ускорение системы отсчета, но при этом направленные противоположно ускорению системы отсчета.

Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея, сформулированный для механических явлений, на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна гласит: «Никакими физическими опытами(механическими, электрическими, оптическими), произведенными в какой-либо инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое». Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Таким образом, принцип относительности Эйнштейна устанавливает полную равноправность всех инерциальных систем отсчета и отвергает идею абсолютного пространства Ньютона. Теорию, созданную Эйнштейном для описания явлений в инерциальных системах отсчета, называют специальной теорией относительности.

Материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния. Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел.

Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.

2) Второй закон Ньютона

Основной закон динамики

Второй закон Ньютона – физический закон, в соответствии с которым:

Ускорение, приобретаемое материальной точкой в инерциальной системе отсчета:

– прямо пропорционально действующей на точку (равнодействующей) силе;

– обратно пропорционально массе точки; и

– направлено в сторону действия силы. Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).

3) Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона – физический закон, в соответствии с которым:

Силы взаимодействия двух материальных точек в инерциальной системе отсчета:

– равны по модулю;

– противоположны по направлению; и

– действуют вдоль прямой, соединяющей точки. Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе — на первое с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются. Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона – физический закон, в соответствии с которым:

Силы взаимодействия двух материальных точек в инерциальной системе отсчета:

– равны по модулю;

– противоположны по направлению; и

– действуют вдоль прямой, соединяющей точки.

3. 1) сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними — то есть:

2) СИЛА ТЯЖЕСТИ, сила P, действующая на любое тело, находящееся вблизи земной поверхности, и определяемая как геометрическая сумма силы притяжения Земли F и центробежной силы инерции Q, учитывающей эффект суточного вращения Земли. Направление силы тяжести – вертикаль в данной точке земной поверхности. Аналогично определяется сила тяжести на любом небесном теле. Значение силы тяжести зависит от географической широты положения тела; например, на Земле сила тяжести на полюсе и на экваторе отличаются на 0,5% (на Луне значения силы тяжести примерно в 6 раз меньше, чем на Земле; смотри Ускорение свободного падения).

3) вес тела – это сила, с которой тело давит того, кто под ним лежит. Невесо́мость — состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует.

4.

1) Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная. Импульс тела – это физическая векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость. Векторная сумма импульсов взаимодействующих тел, составляющих замкнутую систему, остается неизменной.

2) Под реактивным понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. При этом возникает т.н. реактивная сила, сообщающая телу ускорение. Реактивное движение. Закон сохранения импульса позволяет объяснить и

получить основные уравнения, описывающие реактивное движение. Главной

особенностью движения ракеты является то, что это движение тела с переменной

массой. Выбрасывая ежесекундно определенную часть массы в виде газов сгоревшего

топлива, ракета разгоняется. Чтобы учесть переменность массы ракеты, следует

воспользоваться уравнением Ньютона в форме: Dp/Dt = 0.

Здесь Dp = p2 – p1 – разность конечного и начального импульсов системы,

состоящей из ракеты и испущенных за время Dt газов. Предполагается для

простоты, что на ракету не действуют внешние силы (конечно, это не так,

тяготение Земли очень важно, но в этом случае уравнения сильно усложняются).

Введем обозначения :m – масса ракеты вместе с топливом ,vр

– скорость ракеты относительно

Земли, vг – скорость газов относительно Земли, vгр

– скорость газов относительно ракеты, Dmг – масса газа,

вытекшего из сопла ракеты за время Dt и равная уменьшению полной массы

ракеты за это же время.

Начальный импульс ракеты вместе с топливом относительно Земли в произвольный

момент времени равен

(17.4)

Через время Dt масса ракеты становится равной m – Dmг

, скорость ракеты относительно Земли получает приращение и становится равной

vр + Dvр. Таким образом, суммарный импульс ракеты и

выброшенных газов относительно Земли равен

Принято выражать скорость газов относительно Земли через их скорость

относительно ракеты (скорость истечения) vгр с помощью

закона сложения скоростей: vг = vгр + vр

. Это векторное равенство, и так как в большинстве случаев скорость истечения

газов противоположна скорости ракеты, то |vг| < |vгр

|. Подставляя это равенство в выражение для импульса системы, получаем

(17.5)

Преобразовывая уравнения (17.4) и (17.5) получаем дифференциальное уравнение

(17.6)

Оно носит имя нашего великого соотечественника К. Э. Циолковского. Интегрируя

обе части уравнения в предположении постоянства скорости истечения газов v

гр, находим закон возрастания скорости ракеты:

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2. 4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ – Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Первый закон Ньютона – материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: законы динамики, первый закон Ньютона, инерциальные системы отсчёта, принцип относительности Галилея.

Все тела в природе взаимодействуют друг с другом. Однако в некоторых ситуациях воздействия на данное тело со стороны других тел можно не принимать во внимание.

Так, космический корабль в далёком межзвёздном пространстве практически не испытывает гравитационного притяжения объектов Вселенной из-за их колоссальной удалённости*. Лежащий на столе карандаш притягивается к Земле, но действие Земли компенсируется упругой реакцией стола, и поэтому карандаш находится в покое, словно никакие силы на него вообще не действуют.

Во всех подобных случаях будем называть тело свободным.

Тело называется свободным, если действия на него со стороны других тел или пренебрежимо малы, или компенсируют друг друга.

*Согласно закону всемирного тяготения гравитационные силы обратно пропорциональны квадрату расстояния между телами.

Инерциальные системы отсчёта.

 

Повседневный опыт говорит о том, что свободные тела покоятся – как упомянутый карандаш на столе. Поэтому долгое время считалось, что для поддержания какого бы то ни было движения необходимо осуществлять нескомпенсированное внешнее воздействие со стороны других тел.

Но это оказалось неверным. Как установил Галилей, свободное тело может не только находиться в покое, но и двигаться равномерно и прямолинейно! Именно состояние равномерного прямолинейного движения является “естественным” для свободного тела; покой же – частный случай такого движения со скоростью, равной нулю.

Следует учесть, однако, что движение относительно: оно рассматривается не само по себе, а в определённой системе отсчёта. В различных же системах отсчёта движение данного тела будет выглядеть по-разному.

Так, дом с точки зрения неподвижно стоящего наблюдателя будет находиться в покое: сила притяжения дома к Земле компенсируется силой упругости почвы. Если наблюдатель движется относительно земли равномерно и прямолинейно, то и дом относительно наблюдателя будет совершать равномерное прямолинейное движение в полном соответствии с выводами Галилея – ведь дом является свободным телом!

Но если у наблюдателя заплетаются ноги и он бредёт, шатаясь, то ему будет казаться, что дом раскачивается в разные стороны. В этой системе отсчёта дом, будучи свободным телом, совершает отнюдь не равномерное и прямолинейное движение.

Таким образом, утверждение Галилея верно не во всей общности: не во всякой системе отсчёта свободное тело движется равномерно и прямолинейно. Но всё же такие системы отсчёта существуют (существуют “хорошие” наблюдатели!), и в этом состоит первый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчёта, относительно которых свободное тело движется равномерно и прямолинейно.

Свойство свободного тела сохранять скорость неизменной называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют ещё законом инерции. Равномерное прямолинейное движение свободного тела называется движением по инерции.

Система отсчёта, относительно которой свободное тело движется равномерно и прямолинейно, называется инерциальной. Первый закон Ньютона – это постулат о существовании инерциальных систем отсчёта. В инерциальных системах отсчёта механические явления описываются наиболее просто.
В действительности инерциальных систем отсчёта существует бесконечно много: всякая система отсчёта, которая движется относительно инерциальной системы равномерно и прямолинейно, сама является инерциальной.

Система отсчёта, которая движется относительно инерциальной системы отсчёта с ускорением, является неинерциальной. В такой “плохой” системе отсчёта свободное тело будет двигаться с ускорением, что усложнит описание его движения.

С достаточно высокой точностью можно считать инерциальной гелиоцентрическую систему (систему Коперника). Это система отсчёта, начало которой помещено в центре Солнца, а координатные оси направлены на три какие-либо удалённые звезды, которые можно принять за неподвижные.

Инерциальной часто можно считать систему отсчёта, связанную с земной поверхностью. Это, однако, более грубое приближение – ведь при этом мы отвлекаемся от вращения Земли вокруг собственной оси и вокруг Солнца. Так, звезда, неподвижная в системе Коперника, в земной системе будет совершать сложное движение в виде наложения двух вращений (суточного и годового). Однако в большинстве явлений, происходящих на поверхности Земли, неинерциальность земной системы отсчёта практически никак не сказывается, и ею можно пренебречь.

Принцип относительности.

 

Галилей заметил, что, находясь в трюме корабля, никакими механическими опытами невозможно установить, покоится ли корабль или движется равномерно и прямолинейно. Это означает, что инерциальные системы отсчёта совершенно неотличимы друг от друга с точки зрения законов механики. Иными словами, верен принцип относительности Галилея.

Принцип относительности Галилея. Всякое механическое явление при одних и тех же начальных условиях протекает одинаково в любой инерциальной системе отсчёта. Впоследствии Эйнштейн распространил этот принцип с механических явлений на вообще все физические явления. Общий принцип относительности Эйнштейна лёг в основу теории относительности. Принцип относительности Галилея и Эйнштейна мы обсудим подробнее при изучении основ специальной теории относительности.

 

Динамика. Первый закон Ньютона.

Динамика. Первый закон Ньютона.

«В природе нет ничего древнее движения. Кто не знаком с законами движения, тот не может познать природы»

Г. Галилей.

Вопрос: По океану движется корабль, сила тяги винта которого уравновешена сопротивлением воды, вследствие чего корабль движется равномерно – с постоянной по величине скоростью. Можно ли сказать, что это движение по инерции?

Ваши мнения разделились, к этой задаче мы вернемся в конце урока.

– Вспомнить термины и понятия, необходимые для успешного освоения нового материала, вам поможет Задание № 1.

•  

Механика

2. 

3. 

•  

Динамика

Кинематика

4. 

– воображаемая линия, по которой движется тело.

2. 

Материальная точка

5. 

– вектор, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.

3. 

 

– тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.

4. 

Тело отсчета

6. 

7. 

– наука о движении тел.

5. 

Система отсчета

8. 

Траектория

– раздел механики, изучающий причины движения тела.

6. 

 

7. 

Перемещение

– раздел механики, изучающий движение тела, не указывая причины.

8. 

– физическое тело, относительно которого рассматривается движение.

– совокупность тела отсчета, системы координат и часов.

1. ИНЕРЦИЯ

В главном разделе механики – динамике – рассматривается взаимное действие тел друг на друга, которое является причиной изменения движения тел, т.е. их скоростей. Если кинематика отвечает на вопрос: как движется тело , то динамика выясняет, почему именно так .

В основе динамики лежат три закона Ньютона.

Если неподвижно лежащее на земле тело начинает двигаться, то всегда можно обнаружить предмет, который толкает это тело, тянет или действует на него на расстоянии (например, если к железному шарику поднесем магнит).

Только действие со стороны других тел способно изменить скорость тела, находящегося в покое. Если бы не было трения, то автомобиль при выключенном двигателе сохранял бы свою скорость постоянной.

а

v

Наждачная бумага

б

v

Обычный стол

в

v

Стекло

Сопротивление силы трения

На основе экспериментальных исследований движения шаров по наклонной плоскости

На основе экспериментальных исследований движения шаров по наклонной плоскости

Скорость любого тела изменяется только в результате его

взаимодействия с другими телами.

Галилео Галилей (1564-1642)

Инерция – явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий.

2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Первым Закон инерции интуитивно описал Рене Декарт:

1) всякая вещь продолжает по возможности пребывать в одном и том же состоянии и изменяет его не иначе, как от встречи с другой; 2) каждая материальная частица в отдельности стремится продолжать дальнейшее движение не по кривой, а исключительно по прямой.

Строгую формулировку Закон а инерции дал Ньютон и включил его в главные законы физики (первый закон Ньютона, первый закон механики):

всякое тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела.

(1643—1727) Ньютон

• Инертность тел – свойство тел сохранять своё состояние покоя или движения с постоянной скоростью.
• Инертность разных тел может быть различной.

Система отсчета называется инерциальной, если она покоится или движется равномерно и прямолинейно

Система отсчета, движущаяся с ускорением, является неинерциальной

F

у

m

Действие одного тела на другое называют силой .

F

т

F-действие земли – сила тяжести

т

– действие нити – сила упругости

F

у

F у

F т

Устраним действие нити

Мысленно устраним действие Земли

Теперь вообразим что устранены оба действия на шарик, логика подсказывает что он должен остаться в состоянии покоя

Представим теперь что этот шарик покоится в вагоне, движущийся равномерно и прямолинейно.

F у

m

F т

При этом на него действую те же тела Земля и нить, причем оба эти действия уравновешиваются. Однако относительно Земли шарик не находится в покое , он движется равномерно и прямолинейно.

Обобщая оба эти примера, можно сделать вывод:

Тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно, если другие тела на него не действуют или их действия уравновешены (скомпенсированы).

С точки зрения современных представлений первый закон Ньютона формулируется так: Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действую другие тела.

3. ИСО – инерционная система отсчета

ИСО. – Системы отсчета в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальной системой отсчета (ИСО). Систему отсчета, связанную с Землей можно приближенно считать ИСО, но гораздо точнее брать за ИСО, связанную с Солнцем. Строго говоря, Солнце и Земля не являются ИСО.

На самом деле, система, связанная с Землей, неинерциальна. На тела в ней действуют силы, которых в природе не существует – силы инерции. Поэтому на экваторе вес тела меньше, чем на полюсе; реки подмывают в северном полушарии правые берега, а в южном – левые; снаряд, выпущенный из пушки со строго вертикальным стволом, падая не попадает обратно в ствол, как это должно было бы случиться в ИСО, а отклонится в сторону и т.д.

Кроме того, нельзя поставить ни одного опыта, который бы в чистом виде показал, как движется тело, если на него не действуют другие тела. Но имеется один выход: надо поставить тело в условия, при котором влияние внешних воздействий можно делать все меньше и меньше, и наблюдать, к чему это ведет.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

ЗАДАЧА  ПЕТЯ ЕХАЛ К БАБУШКЕ НА ЭЛЕКТРИЧКЕ, И ВСЮ ДОРОГУ НАД НИМ ИЗДЕВАЛИСЬ КАКИЕ-ТО ДВА НЕВЕДОМЫХ ЯВЛЕНИЯ. ОДНО ПРИ КАЖДОЙ ОСТАНОВКЕ ТОЛКАЛО ПЕТЮ ВПЕРЕД, А ДРУГОЕ, КОГДА ВАГОН ТРОГАЛСЯ,- ДЕРГАЛО НАЗАД. ЧТО ЭТО ЗА ХУЛИГАНСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И МОЖЕТ ЛИ ТРАНСПОРТНАЯ МИЛИЦИЯ С НИМИ СПРАВИТЬСЯ?  

Ответ: Милиция в данном случае бессильна. Петя – материальное тело и обладает таким свойством, как инертность. И явление инерции движения тоже не подвластно милиции. 

Качественные задачи.

1. Яблоко, лежащее на столике равномерно движущегося поезда, скатывается при резком торможении поезда. Укажите системы отсчета, в которых первый закон Ньютона: а) выполняется; б) нарушается.

ОТВЕТ: в СО, связанной с Землей – выполняется, в СО, связанной с вагоном – нет

2. Может ли шайба, брошенная хоккеистом, двигаться равномерно по льду?

ОТВЕТ: Нет, так как существует сила трения между шайбой и поверхностью льда. Шайба движется равномерно только если рассматривать ее движение в бесконечно малый период времени.

3. Если схватить Петю и резко встряхнуть – из карманов у него вылетят гвозди, ножик, рогатка, камешки, пробки, кусочки свинца и сорок четыре рубля мелочью. В чем причина такого удивительного явления?

ОТВЕТ: инерция

4. Каким опытом внутри закрытой каюты корабля можно установить, движется ли корабль равномерно и прямолинейно или стоит неподвижно?

ОТВЕТ: никаким.

Подведение итогов урока.

Обратимся к вопросу, на который вы не дали однозначного ответа в начале урока.

По океану движется корабль, сила тяги винта которого уравновешена сопротивлением воды, вследствие чего корабль движется равномерно – с постоянной по величине скоростью. Можно ли сказать, что это движение по инерции?

Ответ: Движение корабля нельзя назвать движением по инерции, потому что корабль движется не по прямой, а по кривой, близкой к окружности – поверхности океана. На него действует центростремительная сила – сила тяжести, поэтому он не сохраняет своего состояния по отношению к ИСО. Если бы это было движение по прямой, тогда это движение было бы эквивалентно покою или движению по инерции.

Проверить успешность усвоения нового материала вам поможет ТЕСТ:

Домашнее задание: Действие всех сил на тело скомпенсировано. Какова траектория движения этого тела?

Инерция и первый закон Ньютона

Конспект по физике для 8 класса «Инерция и первый закон Ньютона». Что такое инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Как формулируется первый закон Ньютона. В чём заключается принцип относительности Галилея.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Раздел механики, который называют динамикой, изучает причины движения. Мы знаем, что всякое движение относительно. Для его описания нужно выбрать систему отсчёта. Начнём изучение динамики, выбрав наиболее естественную для нас систему отсчёт — систему, связанную с Землёй.

ЗАКОН ИНЕРЦИИ

В начале XVII в. в результате тщательных опытов по изучению движения тел Г. Галилеем был сформулирован закон инерции, согласно которому если на тело не действуют другие тела, то оно или находится в покое, или движется прямолинейно и равномерно относительно Земли.

Свойство тел сохранять скорость при отсутствии действия на них других тел называют инертностью тела (от лат. inertia — бездеятельность). Движение тела при отсутствии действия на него других тел называют движением по инерции. Из закона инерции следует, что, для того чтобы тело изменило свою скорость относительно Земли, на него должны действовать другие тела. Следовательно, причина ускорения (изменения скорости) заключается в действии других тел.

Сформулировав закон инерции, Галилей сделал великое научное открытие. По существовавшим до него более 2000 лет представлениям, опирающимся на труды Аристотеля, считалось, что естественным положением тела по отношению к Земле является покой. И всякое перемещение тела относительно Земли должно иметь причину — приложенную к телу силу.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Закон инерции можно считать тем фундаментом, на котором основано учение о движении тел. Известно высказывание И. Ньютона о своих великих предшественниках — Галилее и Копернике. Он говорил: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». В конце XVII в. И. Ньютон обобщил выводы Галилея и сформулировал первый из трёх законов: всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. В 1687 г. увидела свет книга И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», в которой великий учёный сформулировал основные законы движения. Эти законы легли в основу науки, которую называют механикой.

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными. Связанная с Землёй система отсчёта не единственная инерциальная система. Инерциальных систем бесконечно много. Например, система отсчёта, связанная с любым поездом, движущимся равномерно и прямолинейно относительно Земли, также является инерциальной системой. Тело, находящееся внутри поезда, может изменить свою скорость только под действием других тел. Но если поезд начинает тормозить или двигаться по искривлённому участку пути, то связанная с ним система отсчёта уже не будет являться инерциальной.

Например, лежащее на гладком столе яблоко при торможении поезда начнёт двигаться относительно стола, хотя никаких новых воздействий со стороны других тел яблоко при этом не испытывает. Получается, что в системе отсчёта, связанной с поездом, нарушился закон инерции. Однако если рассматривать движение яблока относительно системы отсчёта, связанной с Землёй, оно при торможении поезда будет продолжать своё движение по инерции.

Системы отсчёта, в которых не выполняется закон инерции, называют неинерциальными. Неинерциальные системы отсчёта — это системы отсчёта, которые движутся с ускорением или вращаются относительно инерциальных систем. В реальной жизни невозможно найти строго инерциальную систему, это понятие является идеализированным.

Систему отсчёта, связанную с Землёй, называют геоцентрической (от греч. gео — Земля), а систему отсчёта, связанную с Солнцем, — гелиоцентрической (от греч. gelios — Солнце). Если изменение скорости или поворот системы отсчёта малы за то время, пока изучается движение тела, то такую систему можно рассматривать как инерциальную. Например, за 1 с Земля поворачивается всего на 0,004 градуса. Поэтому для многих физических явлений геоцентрическую систему можно считать инерциальной.

Известно, что вокруг центра нашей Галактики Солнце делает один оборот за 180 млн лет, или 6 • 10¹⁵ с. Можно посчитать, что за 1 с гелиоцентрическая система повернётся на 6 • 10^-14 градуса. Поэтому гелиоцентрическую систему отсчёта с очень высокой степенью точности можно считать инерциальной. Она используется для решения задач небесной механики и космонавтики.

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ

Существует бесчисленное множество инерциальных систем, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Один из важнейших законов классической физики называют принципом относительности Галилея. Он состоит в том, что невозможно каким-либо опытным путём одну инерциальную систему выделить относительно остальных. Законы движения тел во всех инерциальных системах одинаковы.

По этому поводу Галилей писал: «…заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью (только без толчков и качки), так же рыбы будут плавать безразлично в любых направлениях, насекомые летать с одной и той скоростью в разные стороны, капли падать в узкое отверстие, как и раньше! Во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения!»

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Инерция и первый закон Ньютона».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 3 139

Уравновешенные и неуравновешенные силы

Первый закон движения Ньютона неоднократно повторялся на протяжении этого урока.

Объект в состоянии покоя остается в состоянии покоя, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила.

 

Уравновешенные силы

Но что именно подразумевается под фразой неуравновешенная сила ? Что такое неуравновешенная сила? В поисках ответа мы сначала рассмотрим книгу по физике, покоящуюся на столе. На книгу действуют две силы. Одна сила — гравитационное притяжение Земли — действует вниз. Другая сила – толчок стола по книге (иногда обозначаемый как нормальная сила ) – толкает книгу вверх.

Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и действуют в противоположных направлениях, они уравновешивают друг друга. Говорят, что книга находится в состоянии равновесия . На книгу не действует неуравновешенная сила, и поэтому книга сохраняет свое состояние движения. Когда все силы, действующие на объект, уравновешивают друг друга, объект находится в равновесии; он не ускорится. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

Рассмотрим другой пример, связанный с уравновешенными силами — человек, стоящий на полу. На человека действуют две силы. Сила тяжести оказывает направленное вниз усилие. Пол оказывает восходящую силу.

Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и действуют в противоположных направлениях, они уравновешивают друг друга. Человек находится в равновесии. На человека не действует неуравновешенная сила, и поэтому человек сохраняет свое состояние движения. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

 

Неуравновешенные силы

Теперь рассмотрим книгу, скользящую слева направо по столешнице. Где-то в году в предыдущей истории книги его, возможно, толкнули и привели в движение из положения покоя. Или, возможно, он приобрел свое движение, соскальзывая по склону с возвышенности. Как бы то ни было, наше внимание сосредоточено не на истории книги , а на текущей ситуации с книгой, скользящей вправо по столешнице. Книга находится в движении и в данный момент никто не толкает ее вправо. (Помните: сила не нужна, чтобы заставить движущийся объект двигаться вправо.) Силы, действующие на книгу, показаны ниже.

 

Сила тяжести, тянущая вниз, и сила стола, толкающая книгу вверх, имеют одинаковую величину и противоположные направления. Эти две силы уравновешивают друг друга. Однако силы, уравновешивающей силу трения, нет. Когда книга движется вправо, трение действует влево, замедляя книгу. Существует неуравновешенная сила; и поэтому книга меняет свое состояние движения. Книга не находится в равновесии и впоследствии ускоряется. Неуравновешенные силы вызывают ускорения. В этом случае неуравновешенная сила направлена ​​против движения книги и заставит ее замедлиться. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно обсуждаться в Уроке 2.)

 

Чтобы определить, являются ли силы, действующие на объект, уравновешенными или неуравновешенными, сначала необходимо провести анализ, чтобы определить, какие силы действуют на объект и в каком направлении. Если две отдельные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление, то говорят, что силы уравновешены. Говорят, что на объект воздействует неуравновешенная сила только тогда, когда существует отдельная сила, которая , а не , уравновешивается силой равной величины и в противоположном направлении. Такой анализ обсуждается в Уроке 2 этого раздела и применяется в Уроке 3.

 

Мы хотели бы предложить …

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Интерактивного Ракетного Sledder. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Ракетные сани позволяют учащимся изучить влияние уравновешенных и неуравновешенных сил на ускорение ракетных саней.

Посетите:  Ракетные сани

 

Проверьте свое понимание

Люк Аутбело сбрасывает с крыши своего дома коробку с черепицей весом примерно 5,0 кг (вес = 50,0 Н) в плавательный бассейн внизу. При столкновении с бассейном ящик встречает направленную вверх силу сопротивления 50,0 Н (предполагается, что она постоянна). Используйте это описание, чтобы ответить на следующие вопросы. Нажмите на кнопку, чтобы просмотреть правильные ответы.

1. Какой из графиков зависимости скорости от времени лучше всего описывает движение ящика? Подкрепите свой ответ здравой аргументацией.

 

 

2. Какая из следующих точечных диаграмм лучше всего описывает движение падающего ящика с момента падения до момента удара о дно бассейна? Стрелки на диаграмме обозначают точку, в которой ящик соприкасается с водой. Подкрепите свой ответ здравой аргументацией.

 

 

3. Несколько друзей Люка наблюдали за движением падающего ящика. Будучи «физиками», они начали обсуждать движение и сделали следующие комментарии. Укажите, является ли каждый из комментариев правильным или неправильным? Поддержите свои ответы.

а. Как только коробка упадет на воду, силы уравновесятся, и коробка остановится.

 

б. При ударе о воду ящик будет ускоряться вверх, потому что вода прикладывает восходящую силу.

 

 в. При ударе о воду коробка подпрыгнет вверх из-за направленной вверх силы.

 

4. Если силы, действующие на объект, уравновешены, то объект

а. не должен двигаться.

б. должен двигаться с постоянной скоростью.

в. не должен ускоряться.

д. ни один из этих

 

Перейти к следующему уроку:

Викторина по физике и естественному праву

Викторина по физике и естественному праву | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Вопрос: Какая энергия заключена в камне на скале?

Ответ: Потенциальная энергия запасается в камне на скале и в натянутой тетиве. Если скала рушится, камень падает. Если нить отпустить, она толкает стрелу в воздух.

Вопрос: Какая из этих сил замедляет движение?

Ответ: Трение — это сила, которая сопротивляется движению или действует против него. Трение в автомобильном тормозе замедляет движение автомобиля.

Вопрос: Кто получил Нобелевскую премию по физике 1951 года?

Ответ: Эрнест Уолтон получил Нобелевскую премию по физике в 1951 году за разработку первого ускорителя ядерных частиц.

Вопрос: В каком году была опубликована вторая теория относительности?

Ответ: В 1916 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою вторую (или общую) теорию относительности.

Вопрос: С каким явлением связан физик Бенджамин Томпсон?

Ответ: Бенджамин Томпсон пришел к выводу, что движение превращается в тепло (например, когда пуля пронзает кусок дерева) и что тепло не является элементом или субстанцией.

Вопрос: Кто разработал законы движения?

Ответ: Сэр Исаак Ньютон (1642–1727) разработал законы движения, описывающие движение объектов в пространстве.

Вопрос: Какой теорией известен Альберт Эйнштейн?

Ответ: Теория относительности Эйнштейна показывает, что измерения пространства и времени относительны, то есть они меняются, когда их измеряют наблюдатели, движущиеся с разной скоростью.

Вопрос: В физике каждому действию есть равное и противоположное чему?

Ответ: Третий закон движения Ньютона утверждает, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

Вопрос: Какая область физики особенно полезна при проектировании мостов?

Ответ: Статика изучает покоящуюся материю. Статика занимается уравновешиванием сил с соответствующими сопротивлениями, чтобы удерживать материю в покое. Проектирование зданий и мостов — примеры задач статики.

Что такое первый закон движения Ньютона? (Видео)

Привет и добро пожаловать в этот обзор Первый закон движения Ньютона ! В этом видео мы увидим, как это навсегда изменило представление людей о том, как и почему все движется. Давайте начнем!

Понимание того, как и почему все движется, было целью ученых на протяжении тысячелетий. Со временем расчеты и эксперименты помогли проложить путь к более глубокому пониманию движения: Галилео Галилей определил законы гравитации в 1580-х годах, а Иоганн Кеплер написал свои законы движения планет в 1618 году. Основа нашего нынешнего понимания движения исходит из Три закона движения сэра Исаака Ньютона, которые он установил в 1687 году. В этом видео мы обсудим его первый закон движения, также известный как закон инерции.

Первый закон движения Ньютона гласит, что объект в состоянии покоя будет оставаться в состоянии покоя, а объект в движении останется в движении, если на него не подействуют внешние силы.

Это утверждение гораздо более интуитивно понятно, чем кажется. Однако следует помнить одну ключевую вещь: этот закон действителен только для объектов в инерциальной системе отсчета. Инерциальная система отсчета – это система отсчета, которая движется с постоянной скоростью.

Давайте подумаем об этом так. Когда вы пинаете футбольный мяч, и он парит в воздухе, движется не только футбольный мяч. Помните, мы находимся на планете, которая вращается со скоростью около 1000 миль в час, наша Солнечная система движется со скоростью около 140 миль в секунду, а наша галактика вращается со скоростью 130 миль в секунду. Итак, объекты, которые мы считаем «неподвижными» на Земле, технически движутся со скоростью почти 1 миллион миль в час!

Однако, как правило, бессмысленно включать движение объектов, таких как Солнечная система и Земля, когда мы говорим о движении объектов на Земле, таких как автомобили или люди. Вместо этого мы используем Землю в качестве точки отсчета или инерциальной системы отсчета; то есть мы обсуждаем движение объектов относительно Земли.

Давайте посмотрим на объект в инерциальной системе отсчета, скорость которого равна нулю.

Казалось бы, на автомобиль не действуют внешние силы, так как автомобиль не движется. Но как насчет гравитации? Разве это не внешняя сила? Хотя это правда, что гравитация тянет автомобиль вниз к Земле, автомобиль находится на земле, а земля создает силу, противодействующую гравитации. Эта сила называется нормальной силой.

Так как у вас есть две равные силы, действующие в противоположных направлениях, силы уравновешиваются, а это означает, что автомобиль не движется в вертикальном направлении.

Мы определяем силу символом \(F\), отмечая, что сила является вектором, что означает, что она имеет как величину, так и направление. Делая это, мы можем математически сформулировать первый закон Ньютона, поскольку сумма внешних сил равна восходящей силе земли, действующей на автомобиль, за вычетом нисходящей силы тяжести, действующей на автомобиль, которая равна нулю.

\(\sum F_{ext}=F_{normal}-F_{gravity}=0\)

 

Обратите внимание, что отрицательный знак перед силой тяжести указывает на нисходящее направление силы тяжести сила тяжести. Это означает, что сила, направленная вверх, равна силе, направленной вниз.

Теперь давайте представим, что кто-то приходит и на мгновение толкает машину, создавая внешнюю силу и придавая ей небольшую скорость.

Согласно первому закону Ньютона, после устранения внешней силы автомобиль должен продолжать двигаться прямолинейно с постоянной скоростью до конца вечности, если не появятся другие внешние силы и не изменят его скорость или направление.

Математически мы могли бы утверждать, что изменение скорости во времени равно нулю.

\(\frac{\Delta v}{\Delta t}=0\)

 

Мы только что описали постоянное движение объекта, который находится в системе отсчета с нулевой скоростью. Однако что, если мы сделаем автомобиль инерциальной системой отсчета и обсудим движение пассажиров внутри него?

Представьте, если бы мы с вами сидели в этой машине и вокруг не было бы никаких других предметов. В этой системе отсчета мы с вами не движемся друг относительно друга; мы оба движемся в одной и той же инерциальной системе отсчета.

Если бы машина изменила скорость или направление, вы бы это почувствовали, потому что ваше тело хочет двигаться по прямой линии с постоянной скоростью.

Если мы посмотрим на голову как на объект, движущийся в инерциальной системе отсчета автомобиля, то, если автомобиль ускорится, ваша голова будет ощущаться как отброшенная назад. Это потому, что та часть вашего тела, которая прикреплена к машине, тоже будет ускоряться, но ваша голова хочет подчиняться закону инерции и продолжать движение с постоянной скоростью, то есть с той же скоростью и направлением.

Точно так же, если бы машина повернула влево или вправо, ваша голова по инерции почувствовала бы, что ее двигают вправо или влево.

Давайте рассмотрим еще один простой пример, в котором вы пытаетесь толкнуть пианино по сцене для своего выступления на выпускном вечере средней школы.

Мы уже обсуждали, какими должны быть силы в вертикальном направлении, когда гравитация тянет рояль вниз, а сцена толкает его обратно вверх, поэтому результирующая сила в вертикальном направлении отсутствует.

В горизонтальном направлении вдоль оси \(x\) мы можем добавить толкающую силу и заметить, что если пианино не движется, должна быть какая-то другая сила, отталкивающая вас.

Мы видим, что сила сопротивления пианино на самом деле представляет собой силу трения между полом и колесами пианино и трение в подшипниках колес.

Поскольку фортепиано имеет постоянную нулевую скорость и не имеет направления, мы можем сформулировать первый закон Ньютона, поскольку сумма сил равна толкающей силе минус сила фортепиано.

\(\sum F_{x}=F_{push}-F_{piano}=0\)

 

Это означает, что положительная сила толкания равна отрицательной силе притяжения от фортепиано.

\(F_{push}=F_{фортепиано}\)

 

---

Хорошо, давайте подведем итоги, задав несколько контрольных вопросов.

1. Что из следующего является наиболее точной версией первого закона Ньютона?

1. Объект, находящийся в состоянии покоя, будет оставаться в состоянии покоя, если на него не подействует чистая внешняя сила.
2. Объект, находящийся в состоянии покоя в инерциальной системе отсчета, останется в покое, если инерциальная система не ускорится.
3. Объект, находящийся в состоянии покоя в инерциальной системе отсчета, будет оставаться в покое, если на него не подействует чистая внешняя сила.
4. Объект в состоянии покоя или в постоянном движении будет поддерживать это движение, если только он не является неинерциальной системой отсчета.

 

2. Когда вы подбрасываете предмет прямо вверх, он замедляется на своем пути вверх, останавливается на мгновение, а затем возвращается вниз с возрастающей скоростью и в направлении, противоположном начальной траектории. Какое из следующих утверждений наиболее точно описывает, почему это так?

1. Гравитация действует вверх, замедляя объект при движении вверх и ускоряя его при движении вниз.
2. Гравитация действует вниз, замедляя объект на пути вверх и ускоряя его на пути вниз.
3. Гравитация влияет только на объект при движении вниз, а сопротивление воздуха замедляет его при движении вверх.
4. Гравитация меняет направление на объекте, поэтому он замедляется на пути вверх и ускоряется на пути вниз.

 

3. Какая из следующих причин объясняет, почему объект не двигается, когда вы его толкаете.

1. Закон инерции гласит, что объекты не хотят двигаться.
2. Объект удерживается на месте магнитной силой, которая отталкивает вас.
3. Закон Ньютона гласит, что сумма всех сил, действующих на тело, должна быть равна нулю.
4. Какая-то сила не позволяет объекту двигаться в направлении, в котором его толкают.

 

Вот и все! Спасибо за просмотр и удачной учебы!

Инерция – Колледж физики главы 1-17

4 Динамика: сила и законы движения Ньютона

Резюме

• Дайте определение массе и инерции.
• Поймите первый закон движения Ньютона.

Опыт подсказывает, что покоящийся объект останется в покое, если оставить его в покое, и что движущийся объект имеет тенденцию замедляться и останавливаться, если не предпринимать никаких усилий для поддержания его движения. Однако первый закон движения Ньютона утверждает следующее:

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ДВИЖЕНИЯ НЬЮТОНА

Тело, находящееся в состоянии покоя, остается в покое или, если оно находится в движении, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует результирующая внешняя сила.

Обратите внимание на повторное использование глагола «остается». Мы можем думать об этом законе как о сохранении статус-кво движения.

Вместо того, чтобы противоречить нашему опыту, Первый закон движения Ньютона утверждает, что должна быть причина (которая является чистой внешней силой) для любого изменения скорости (либо изменения величины, либо направления) . Мы определим чистую внешнюю силу в следующем разделе. Объект, скользящий по столу или полу, замедляется из-за суммарной силы трения, действующей на объект. Если трение исчезнет, ​​будет ли объект по-прежнему замедляться?

Представление о причине и следствии имеет решающее значение для точного описания того, что происходит в различных ситуациях. Например, рассмотрим, что происходит с объектом, скользящим по шероховатой горизонтальной поверхности. Объект быстро останавливается. Если мы посыпаем поверхность тальком, чтобы сделать поверхность более гладкой, объект будет скользить дальше. Если мы сделаем поверхность еще более гладкой, нанеся на нее смазочное масло, объект будет скользить еще дальше. Экстраполируя на поверхность без трения, мы можем представить объект, бесконечно скользящий по прямой линии. Таким образом, трение — это вызывают замедления (в соответствии с первым законом Ньютона). Объект вообще не замедлился бы, если бы трение было полностью устранено. Рассмотрим стол для аэрохоккея. Когда воздух отключен, шайба скользит только на короткое расстояние, прежде чем трение замедляет ее до остановки. Однако, когда воздух включен, создается поверхность, практически лишенная трения, и шайба скользит на большие расстояния, не замедляясь. Кроме того, если мы достаточно знаем о трении, мы можем точно предсказать, как быстро объект замедлится. Трение — это внешняя сила.

Первый закон Ньютона является полностью общим и может быть применен ко всему: от предмета, скользящего по столу, до спутника на орбите и до крови, перекачиваемой из сердца. Эксперименты полностью подтвердили, что любое изменение скорости (скорости или направления) должно быть вызвано внешней силой. Идея общеприменимых или универсальных законов важна не только здесь — это основная черта всех законов физики. Выявление этих законов похоже на распознавание закономерностей в природе, из которых можно обнаружить дальнейшие закономерности. Гениальность Галилея, впервые разработавшего идею первого закона, и Ньютона, разъяснившего его, заключалась в том, чтобы задать фундаментальный вопрос: «Что есть причина?» Мышление в терминах причины и следствия — это мировоззрение, в корне отличное от типичного древнегреческого подхода, когда такие вопросы, как «Почему у тигра полосы?» ответили бы в аристотелевской манере: «Такова природа зверя». Возможно, это правда, но не полезное понимание.

Свойство тела оставаться в покое или оставаться в движении с постоянной скоростью называется инерцией . Первый закон Ньютона часто называют законом инерции . Как мы знаем из опыта, одни объекты обладают большей инерцией, чем другие. Очевидно, что изменить движение большого валуна сложнее, чем, например, баскетбольного мяча. Инерция объекта измеряется его массой . Грубо говоря, масса — это мера количества «вещества» (или материи) в чем-либо. Количество или количество материи в объекте определяется количеством содержащихся в нем атомов и молекул различных типов. В отличие от веса, масса не зависит от местоположения. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. На практике очень трудно сосчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому массы не часто определяются таким образом. Оперативно массы предметов определяются путем сравнения с эталонным килограммом.

• Первый закон движения Ньютона гласит, что тело в состоянии покоя остается в покое или, если оно находится в движении, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует результирующая внешняя сила. Это также известно как закон инерции .
• Инерция — это тенденция объекта оставаться в покое или оставаться в движении. Инерция связана с массой объекта.
• Масса – количество вещества в веществе.

инерция

склонность объекта оставаться в покое или продолжать движение

закон инерции

см. первый закон движения Ньютона

масса

количество вещества в веществе; измеряется в килограммах

Первый закон движения Ньютона

тело, находящееся в состоянии покоя, остается в покое или, если оно находится в движении, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует результирующая внешняя сила; также известный как закон инерции

Первый закон движения Ньютона

Первый закон движения Ньютона
Next: Второй закон Ньютона Вверху: Законы движения Ньютона Предыдущий: Законы движения Ньютона Первый закон движения Ньютона по существу гласит, что точечный объект при нулевой чистой внешней силе движется по прямой с постоянной скоростью ( т. е. , не ускоряется). Однако это верно только в специальных системах отсчета, называемых 9.0015 инерциальные кадры . В самом деле, мы можем думать о Ньютоновском первый закон как определение инерциальной системы отсчета: т.е. , инерциальная система отсчета – это система, в которой точечный объект, подверженный нулю Суммарная внешняя сила движется прямолинейно с постоянной скоростью.

Предположим, что мы нашли инерциальную систему отсчета. Позволь нам установить декартову систему координат в этом кадре. Движение точечного объекта теперь можно указать, задав его вектор положения, , относительно начала системы координат, как функция времени, . Рассмотрим вторую систему отсчета, движущуюся с некоторым постоянная скорость относительно первого кадра. Не теряя общий смысл, можно предположить, что декартовы оси во второй системе координат параллельны соответствующим осям в первом кадре, что , и, наконец, начало двух кадров мгновенно совпадает в –см. рис. 1. Предположим, что вектор положения нашего точечного объекта во второй системе отсчета. Из рисунка 1 видно, что в любой момент времени координаты объект в двух системах отсчета удовлетворяет

			(1)
			(2)
			(3)

Это преобразование координат было впервые открыто Галилео Галилеем и известно как преобразование Галилея . в его честь.

Рисунок 1: Преобразование координат Галилея.

По определению мгновенная скорость объекта в нашей первой системе отсчета определяется выражением , с аналогом выражение для скорости во втором кадре. Из дифференцирования уравнений (1)–(3) по времени следует, что компоненты скорости в двух системах отсчета удовлетворяют

			(4)
			(5)
			(6)

Эти уравнения можно записать более кратко как

(7)

Наконец, по определению мгновенное ускорение объекта в нашей первой системе отсчета определяется выражением , с аналогом выражение для ускорения во втором кадре. Из дифференцирования уравнений (4)-(6) по времени следует, что ускорение компоненты в двух кадрах удовлетворяют

			(8)
			(9)
			(10)

Эти уравнения можно записать более кратко как

(11)

Согласно уравнениям (7) и (11), если объект движется прямолинейно с постоянной скоростью в нашем исходном инерционная система ( т. е. , если ) то тоже движется по (другой) прямой с (другой) постоянной скоростью во второй системе отсчета ( т.е. , ). Следовательно, мы заключаем, что вторая система отсчета также инерциальная система отсчета.

Простое расширение приведенного выше рассуждения позволяет нам заключить, что существует представляют собой бесконечных различных инерциальных систем отсчета, движущихся с постоянными скорости относительно друг друга. Ньютона тем, что одна из этих инерциальных систем отсчета была особенной, и определен абсолютный стандарт покоя: т.е. статичный объект на этом кадре находился в состоянии абсолютного покоя. Однако Эйнштейн показал, что это не так. На самом деле абсолютного эталона покоя нет: т.е. , все движение относительно — отсюда и название «относительность» для теории Эйнштейна. Следовательно, одна инерциальная система отсчета так же хорошо, как и другие, поскольку речь идет о ньютоновской динамике.

Но что произойдет, если вторая система отсчета ускорит с уважение к первому? В этом случае несложно заметить, что уравнение (11) обобщает на

(12)

где – мгновенная скорость второго кадра по отношению к первому. Согласно приведенной выше формуле, если объект двигаясь по прямой с постоянной скоростью в первом кадре ( т.е. , если ), то он не движется в прямолинейный с постоянной скоростью во втором кадре ( т.е. , ). Следовательно, если первый кадр является инерционным, то второй – , а не .

Простое расширение приведенного выше рассуждения позволяет нам заключить, что любой система отсчета, которая ускоряется относительно данной инерциальной система отсчета сама по себе не является инерциальной системой отсчета.

Для большинства практических целей при изучении движения объектов вблизи Земная поверхность, система отсчета которой фиксируется с помощью относительно этой поверхности является приблизительно инерционным. Однако, если траектория снаряда в таком кадре измерена высоко точность, тогда будет обнаружено небольшое отклонение от предсказаний ньютоновской динамики — см. главу 7. Это отклонение связано с тем, что Земля вращается, и поэтому ее поверхность ускоряется по направлению к своей оси вращения. При изучении движений объекты на орбите вокруг Земли, система отсчета, происхождение которой — центр Земли, оси координат которого зафиксированы относительно к далеким звездам, приблизительно инерционна. Однако, если такой орбиты измеряются с чрезвычайно высокой точностью, то они будут снова обнаруживаются очень незначительные отклонения от предсказаний ньютоновской динамика. В этом случае отклонение связано с орбитальным положением Земли. движение вокруг Солнца. При изучении орбит планет в Солнечной системе система отсчета, начало которой находится в центре Солнца, а оси координат зафиксированы относительно к далеким звездам, приблизительно инерционна. При этом любые отклонения орбит из предсказаний ньютоновской динамики из-за орбитального движения Солнца вокруг галактического центра слишком мала, чтобы ее можно было измерить. Следует отметить, что невозможно определить абсолютная инерциальная система отсчета — наилучшее приближение к такой кадром будет тот, в котором появляется космический микроволновый фон быть (приблизительно) изотропным.